在浅谈混凝土防渗渠道裂缝的成因、预防及处理

　　摘要：渠道防渗是目前水利工程中常采用的技术措施，但由于施工技术、气候及使用的原材料等原因，使渠道产生不同程度的裂缝。
　　关键词：混凝土渠道；裂缝原因；预防；处理
　　引言
　　近年来，水利、农业开发及国土等部门相继投入了一些混凝土防渗渠道等工程。它是农田灌溉工程中普遍采用的节水建筑物，是提高水的利用率，降低成本的一项重要举措。其主要优点有：缩短灌溉时间，防渗效果好，灌溉系数达0.95以上；耐久性好，使用寿命长；抗冲能力强，流速大；能够缩小渠道断面，节约土地；强度高，便于养护管理，减少管理费用。
　　随着混凝土在工程技术中的普遍应用，混凝土在现代工程建设中占有重要地位，同时混凝土工程中的裂缝也较为普遍。本文仅对混凝土防渗渠道工程中的裂缝原因、预防及处理作如下初步探讨。
　　一、混凝土防渗渠道裂缝产生的原因分析
　　1、收缩（干缩）裂缝
　　收缩（干缩）裂缝的产生主要是在常温下混凝土浇筑数小时后，水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重而下沉。混凝土收缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥用量、骨料性质和用量、外加剂用量、振捣不实或混凝土浇筑后气温高未及时养护或养护不到位，风吹日晒后表面水分蒸发过快而急剧收缩开裂等有关。
　　2、渠基沉陷裂缝
　　沉陷裂缝是由于渠基土不实或回填土不实或是由于混凝土伸缩缝处理不当造成渠基浸水引发不均匀沉陷。此类裂缝多为进深或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45度角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位；挖渠时对坡基原状土的扰动致使坡基土密实度达不到要求，且回填难度大，均匀性差，难以承受混凝土的压力，造成混凝土板沉陷扭曲、移位甚至坍塌。一般情况下，地基变形稳定后，沉陷裂缝基本不再继续。要控制沉陷裂缝的产生，首先要避免地基不均，其次是混凝土防渗渠道在浇筑过程中地基不能水浸。
　　3、温度裂缝
　　混凝土防渗渠道温度裂缝主要是由于低温造成冻涨而产生。在冬季大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，造成体积膨胀，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%-50%。冻涨裂缝大多出现于渠道坡脚以上1/4～3/4坡长范围内和渠底中部。
　　4、材料质量及配合比不当引起的裂缝
　　混凝土材料及配合比设计不当直接影响混凝土的抗拉强度，是造成混凝土开裂不可忽视的原因。配合比不当指水泥用量过大，水灰比大，含砂率不适当，骨料种类不佳，选用外加剂不当等，这几个因素是互相关联的。相关试验资料显示：用水量不变时，水泥用量每增加10%，混凝土收缩增加5%；水泥用量不变时，用水量每增加10%，混凝土强度降低20%。这种情况在近年来建造的农业开发工程、土地整理项目工程、水土保持工程中比较多见。总结的原因有如下方面：（1）．粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大。集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。(2)．骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大。(3)．混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当，严重增加混凝土收缩。(4)．水泥品种原因，矿渣硅酸盐水泥收缩比普通硅酸盐水泥收缩大。(5)．水泥等级及混凝土强度等级原因：水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响越大。混凝土设计强度等级越高，混凝土脆性越大、越易开裂。
　　5、施工技术及养护原因引起的裂缝
　　（1）．现场浇捣混凝土时，振捣不当，会影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生。同时防渗渠的设计厚度正常为7cm，因其薄，所以不小心常会把泥土挤出浆体，这样容易形成蜂窝或洞穴，而造成渗水逐步渗漏。（2）．风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大。(3)．抹面不到位（太早或太晚），易产生表面收缩裂缝。(4)．现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起收缩裂缝。(5)．预应力张拉不当(超张、偏心)，引起混凝土张拉裂缝。这些因素都会造成混凝土较大的收缩，产生龟裂裂缝或疏松裂缝，致使混凝土微观裂缝迅速扩展，形成宏观裂缝。（6）．养护是使混凝土正常硬化的重要手段。养护条件对裂缝的出现有着关键的影响。在标准养护条件下，混凝土硬化正常不会开裂，现场混凝土养护越接近标准条件，混凝土开裂的系数就越小。
　　二、混凝土渠道裂缝的预防措施
　　防止上述裂缝产生的措施是：
　　1、材料质量造成裂缝的措施
　　（1）．如无指定水泥品牌要求的，工程中应尽量选用大厂水泥，不得使用小厂或杂牌水泥。所选用的水泥需经相关检测单位检测合格后，方可使用；（2）.石子要选择瓜子片，小青子最佳，颗粒要均匀，石料中不能含有杂质;（3）.黄砂应尽量选用中细砂，砂中不得含有油泥块；（4）.拌和水应使用中性清澈水，不能使用浑浊水。
　　2、收缩（干缩）、温度、工艺等裂缝预防措施
　　（1）．减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在额定范围内；（2）．降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.60以下；（3）．改善骨料级配，掺加粉煤灰或高效减少水剂等来减少水泥用量，降低水化热；（4）．改善混凝土的搅拌工艺，采用“二次风冷”新工艺降低混凝土的浇筑温度；（5）．在混凝土中掺加一定量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌和物的流动性、保水性，降低水化热，推迟热峰出现的时间；（6）．合理安排施工工序，分层、分块浇筑，以利于散热，减小约束；（7）．加强混凝土温度的监控，及时采取冷却保护措施；（8）．加强混凝土养护，其目的是使混凝土正常硬化，强度增长，不受或少受外界影响。养护技术关键是设法使混凝土温度慢慢下降到接近外界气温，缩小降温过程中的温差。
　　3、渠基沉陷裂缝的预防措施
　　沉陷裂缝的产生，主要是确保渠基均匀、密实。应从以下四方面预防：一是坑、穴等的处理，必须局部处理；二是渠基土容重，必须达到1.6T/m3;三是回填土的含水量要在正常范围以内。每一种土料，在一定压实功能下，只有在最优含水量范围内，才能获得最大的表观干密度，且压实也较经济；四是大面积替换混凝土时，对软土、膨胀土和冻胀量大的地基，可采用换填法处理。换填土料时，渠道压实系数应大于0.93。
　　三、混凝土防渗渠道裂缝的处理
　　混凝土防渗渠道裂缝的修补措施主要有以下一些方法：表面修补法，化学灌浆法，嵌逢封堵法，混凝土替换法。
　　1.表面修补法
　　表面修补法是一种简单、常见的修补方法，它主要适用于防渗层较小裂缝的处理。首先是配浆，方法是用(1).过氯乙烯︰清油=1︰5按配比将过氯乙烯加入清油中，融化24h即可使用；或用（2）.煤油沥青填料。煤焦油︰30号沥青︰石棉绒︰滑石粉=3︰1︰0.5︰0.5或3︰0.5︰0.8︰0.8按配比将沥青加入煤焦油中，加温至120-130℃待全部溶化后，加入石棉绒和滑石粉，搅拌均匀后即可使用。处理措施是在裂缝的表面涂抹上述配制好的防腐材料，在防护的同时为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。表面处理法的优点是操作方便，简单。
　　2.化学灌浆法
　　化学灌浆法是指将一定的化学材料配制成浆液，用压送设备将其灌入缝隙或孔洞中，使其扩散、凝固，从而达到防渗、堵漏、补强、加固的目的。化学灌浆材料有较好的可灌性，其凝胶时间可根据工程需要调节。有的可在瞬间固化，适用于大流量漏水、涌水的处理，有的胶凝时间长，起始粘度低，适用于混凝土细微裂缝和孔隙的渗漏处理。可供选择的化学灌浆材料有许多，常用的有丙烯酰胺、甲基丙烯酸醋、聚氨醋、环氧树脂、丙烯酸盐等等。由于化学灌浆可将化学浆材压入很细的混凝土孔隙中，因此可有效地保护混凝土。渗漏处理施工过程中.可根据孔隙的大小和材料的可灌性选用适当的化灌材料。
　　3.嵌逢封堵法
　　嵌缝封堵法是裂缝封堵中最常用的一种方法，步骤是：（1）用凿子沿裂缝口两侧凿槽，清除缝内的泥土、杂物，使缝壁清洁，干燥；（2）在缝壁涂刷底子油（配方为沥青︰柴油=1～3︰10）；（3）将制好并保持110℃的焦油塑料胶泥灌入缝内，迅速用小铁铲或木棒缝壁抹压，使胶泥与缝壁充分粘结。配料比例：（1）沥青浆配合比为沥青︰水泥︰砂=1︰1︰4。（2）焦油塑料胶泥（聚氯乙烯胶泥）煤焦油︰废聚氯乙烯薄膜︰癸二酸二章脂（或T50）︰粉煤灰=100︰（15～20）︰2（T50为40）︰30。
　　4.混凝土替换法
　　混凝土替换法是处理混凝土防渗渠道严重损坏时的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再替换入新的混凝土或其他材料。常用的替换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。此法要点是需要替换的混凝土冷缝要用凿子打毛后用净水冲洗，渠基土要夯实，符合设计要求。
　　四、结束语
　　混凝土裂缝是水工建筑物结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低防渗渠道的抗渗能力，影响水工建筑物的使用寿命，更重要的是浪费水资源，增加灌溉成本。所以，必须对混凝土防渗渠道裂缝问题进行深入细致的调查研究。不同问题，区别对待，在施工中采取各种切实可行的措施来防止裂缝的发生，以保证水工程建筑物的安全、稳定、经久、耐用。
　　
　　
　　参考文献：
　　
　　1、李常升《水利工程质量监控与通病防治全书》中国环境科学出版社1991；
　　2、姚治邦《建筑材料实用配方手册》河海大学出版社1991；
　　3、李敬玮、郝巨涛“弹性聚氨酯填缝止水密封材料的研究”《水利水电技术》2005年11期；
　　4、王铁梦《建筑物的裂缝控制》上海科技出版社1993.9；
　　5、郑文新《建筑工程质量事故分析》北京大学出版社2010年2月；
　　6、SL18-2004《渠道防渗工程技术规范》中华人民共和国水利部2004.12；
　　7.王振东《混凝土及砌体结构》中国建筑工业出版社2002年9月。

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